kW、kV大容量同步电动机起动技术

10000kW、6kV大容量同步电动机起动技术研究

济钢钢某气体有限限公司150000m3/h制氧机组是是九三年投产产的前苏联产产品，配套主主电机为俄罗罗斯产的6kV、100000kW同步电动机机，采用乌克克兰产的励磁磁装置和交直直交大功率变变频起动装置置进行起动，自自投运以来，随随着控制系统统模拟元器件件的不断老化化，备品备件件无从采购（原原厂家已采用用数字控制技技术），变频频起动装置多多次出现故障障和起动困难难，有时起动动时间高达10多小时，严严重影响了制制氧机的生产产，同时也使使全济钢总公公司的钢铁生生产陷入被动动，主电机起起动困难的问问题成为影响响总公司生产产的重大隐患患，对该变频频系统进行改改造势在必行行。

首先我们考考虑到新上一一套先进的具具有数字化控控制系统的大大功率变频起起动装置，但但受投资、场场地、工期等等诸多问题的的限制，该方方案无法实现现。如果采用用在保持电气气主回路的基基础上，只对对变频起动系系统的模拟元元件控制单元元进行数字化化改造，则需需要半年的设设计、生产时时间，3个多月的停停产改造调试试时间以及160多万的资金金，而济钢总总公司目前的的生产形势根根本不允许150000m3/h制氧机有一一天的停产机机会，该方案案也不可行。最最后，我们在在考察了诸多多起动装置的的基础上，将将眼光放在了了最近几年发发展起来的“液态软起动动技术”上，尽管济济钢某气体有有限公司已成成功地应用液液态软起动装装置起动过3800kkW、10kV异步电动机机，有一定的的经验，但是是要用液态软软起动装置起起动100000kW、6kV、额定电流1097A的大电流高高压同步电动动机在国内以以及世界上还还没有先例。但但由于液态软软起动装置具具有施工周期期短、调试简简单、运行维维护方便等许许多优点，且且利用该设备备进行改造非非常符合我公公司的生产实实际情况，因因此我公司决决定对追日电电气公司的液液态软起动装装置进行调研研、论证，确确定其可行性性。

2

液态软起动动装置的工作作原理及特点点2.1

工工作原理

在电机的定定子回路中串串接液体电阻阻，电机的起起动过程中通通过液阻柜中中电极板的移移动来均匀改改变液体电阻阻值的大小，均均匀地提高电电机端电压，从从而降低电机机的起动电流流，减少电网网的电压降，减减小对电网的的冲击，电机机转速随着电电阻值的减小小而平滑升高高，当励磁柜柜中的检测设设备检测到电电机的转速达达到电机额定定转速的85％时，发出出投全压信号号，液态软起起动设备中的的切换柜合闸闸，将液体电电阻切除，同同时电机星点点短接，电机机继续升速，当当达到电机亚亚同步转速时时，电机励磁磁柜投励，拉拉入同步运行行，由于该装装置的核心部部分在电气一一次主回路上上，故设备维维护量小，起起动运行可靠靠。

主回路原理理图

2.2

技术特点

(1)安全性：设设置了过压、欠欠压、缺相、接接地不良、起起动超时保护护，采取了严严格的接地和和避雷保护措措施，并保证证整个液态软软起动产品的的液阻箱体在在起动开始前前和结束后与与高压电网分分离。

(2)液态电阻的的可调整性：：由于液态电电阻可以很方方便地根据不不同的电机参参数，负载特特征现场调配配适当的电阻阻值，而且采采用了PLC控制技术，整整个起动过程程可跟踪起动动电流或起动动转矩的变化化，达到恒流流软起动，因因而可以最好好地满足电动动机的软起动动要求。

(3)温度闭环控控制技术：在在电机起动前前根据液态电电阻箱中液体体温度的变化化自动调整电电极板之间的的距离，实现现在不同季节节、不同环境境温度、连续续起动情况下下，电机起动动电流值的一一致性。

电机的起动动过程是：先先合上两个隔隔离开关1GK、2GK，再合上电电机工作柜断断路器1DL，电机开始始带液体电阻阻降压起动，起起动完毕后，切切换柜中的断断路器2DL合闸，将电电机星点短接接，断开隔离离开关2GK，将液阻柜柜切除，电机机正常运行。

3

研究、论证证及相关计算算

由于济钢某某气体有限公公司的100000kW、6kV高压同步电电动机原来是是由乌克兰生生产的变频起起动装置进行行起动的，原原设计也是针针对变频起动动进行设计的的，现在采用用液态软起动动装置进行降降压起动，电电机、供电电电网、原励磁磁系统以及液液态软起动装装置本查找电机的随机机说明书确认认，与该型号号同系列的俄俄罗斯同步电电动机功率在在8000kkW以下的可以以直接起动，功功率在8000kkW以上的可以以采用降压起起动，同时在在无锡钢厂的的小容量同步步电动机上得得到了证实，说说明电机本身身允许采用降降压起动。

液态软起动动装置可以将将电机起动电电流限制在3倍电机额定定电流以内，根根据电机及电电网的参数进进行计算并用用专用的仿真真软件进行验验证，计算及及仿真结果如如下：3.1

原原始数据

(1)主电机为俄俄罗斯产同步步双极三相电电动机

额定功率：Pe＝100000kW

额定电压：Ue＝6000VV

额定电流：Ie＝1097AA

额定转速：ne＝3000rrpm

起动转矩倍倍数：Km＝2.06

起动电流倍倍数：Kq＝8.1

额定效率：η＝97.8

功率因数：COSφ＝0.9

转动惯量：GD2＝910kggm2

励磁电压：174V

励磁电流：270A

(2)空压机

额定轴功率率：73000kW

额定转速：ne＝4390rpm

电机起动时时吸入阀开度度：8%－10%

空载电流：300A

(3)供电系统由110kV／35kV／6kV

50MVAA变压器供电电，直接变为为6.3kVV,经分裂电抗抗器及600m、240mmm

四根电缆引引到现场母线线，系统短路路容量为：

Smiin＝122.447MVA。3.2

计计算

(1)电机起动时时刻(S=1)等效阻抗

Z＝6000/（×8.1××1097）＝0.38998Ω

等效电阻rk＝0.2Z＝0.078Ω

等效电抗xk=＝0.382Ω

(2)该电机采用用液态软起动动装置降压起起动时，若按3倍额定电流流起动，起动动转矩倍数为为：

Km′=(KKI′/KI)2=0.28826＞0.1

该转矩足以以克服压缩机机静阻转矩，实实现起动。

(3)关于起动时时间的计算

额定转矩Me＝9550PPe/ne＝318333Nm

起动转矩Mq=Km′Me=89995Nm

系统GD2按5000kkgm2计算，起动动时间为：

T=(GDD2/375))×9.8××(30000／8995)＝43s

(4)关于电力系系统阻抗xs按甲方提供的系系统参数，折折合到6kV母线（三段段）的短路容容量S＝122.447MVA。那么：

系统总阻抗抗为xs=6.32／122.447=0.3324Ω

该阻抗含进进厂阻抗、变变压器阻抗、分分裂电抗器阻阻抗、线路阻阻抗。

(5)当电机采用用液态软起动动装置降压起起动时，考虑虑系统电抗，降降压起动时的的等效电路如如下：

按3倍起动电流流计算，有

得得起动电阻为为Rq=0..95Ω

((6)按3Ie起动时，6KV母线进线电电压相对值为为

KK=(1.005×=0..88

则电机起动动时母线压降降为：△U＝11.11%

(7)起动回路功功率因数COSΦq3.3

计计算结果表明明

该电机采用用液态软起动动装置进行降降压起动，起起动电流可限限制在3倍额定电流流以内，起动动时母线电压压降约为11.1％，起动时时间约为43S。3.4

软软起动仿真

应用液态软软起动装置的的电机拖动系系统仿真软件件，将相关的的电机和空压压机的参数输输入程序，仿仿真的主要结结果是：

按3倍的电机起起动电流进行行仿真计算，电电网的电压降降只有14％，电机的的起动时间为为43秒，起动设设备可保证连连续起动两次次的热容量。

电机起动时时，电流、转转速、转矩根根据实际参数数的仿真曲线线如下：

起动电流、转转速与时间的的关系曲线

起动转矩、负负载转矩与时时间的关系曲曲线4

方案的实实施和运行效效果

我们通过前前后三个多月月的反复分析析、论证、计计算、仿真，确确定150000m3／h制氧机100000kW、6kV主电机完全全可以利用液液态软起动装装置进行起动动，但为了增增加主电机起起动的可靠性性，新上一套套数字控制系系统的励磁柜柜与之配套，并并且新上的液液态软起动装装置和励磁装装置必须同原原乌克兰变频频起动装置及及励磁系统实实现互为备用用、简单切换换，高、低压压供配电新老老起动系统共共用。2002年12月进行了液液态软起动设设备的定货，2003年1月进行了改改造工程的施施工设计，

方案的实施施和运行效果果

我们通过前前后三个多月月的反复分析析、论证、计计算、仿真，确确定150000m3／h制氧机100000kW、6kV主电机完全全可以利用液液态软起动装装置进行起动动，但为了增增加主电机起起动的可靠性性，新上一套套数字控制系系统的励磁柜柜与之配套，并并且新上的液液态软起动装装置和励磁装装置必须同原原乌克兰变频频起动装置及及励磁系统实实现互为备用用、简单切换换，高、低压压供配电新老老起动系统共共用。2002年12月进行了液液态软起动设设备的定货，2003年1月进行了改改造工程的施施工设计，2003年2月设备到货货并进行了安安装调试，具具备接火的条条件，2003年3月11日利用150000m3/h制氧机停机机检修的机会会进行了接火火，只用了10个小时的时时间就将这套套液态软起动动装置投入运运行，并一次次试车成功。

此次起动时时间30秒、起动电电流2600A（额定电流流为1097A）、全部软软起动过程中中电网最大压压降为13.7％，起动过过程非常平稳稳、可靠。如如现场通过将将起动时间再再适当延长，则则起动效果更更好。同时这这次改造还实实现了新老起起动设备的互互为备用，大大大降低了成成本并节约了了时间。我公公司对目前的的起动状况非非常满意，已已经决定将液液态软起动装装置起动主电电机的方案由由紧急备用转转为主力起动动装置。5

结结论

经过周密的的研究、严谨谨的计算和科科学的设计施施工，实现了了采用追日电电气公司的液液态软起动装装置起动成功功6kV，100000kW同步电动机机的目标，排排除了俄罗斯斯电机生产厂厂的“只能用乌克克兰的变频起起动装置进行行起动，不能能进行降